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为解决石材文物因微生物侵蚀导致的生物降解问题，研究人员开展了以 MCM-41 介孔二氧化硅（SiO2）和植物提取物协同保护石材表面的研究。结果显示该系统能抑制微生物生长，且环保无毒。这为石材文物保护提供了新的可持续方案。
在历史的长河中，那些古老的石材建筑和文物，静静诉说着往昔的故事。然而，微生物却如同隐藏的 “破坏者”，悄然侵蚀着这些珍贵的石材遗产。微生物在石材表面的大量繁殖，会导致石材表面出现坑洼、变色，甚至结构凝聚力丧失等问题，严重威胁着文化遗产的美观和结构完整性。传统应对微生物侵蚀的方法是使用杀菌剂进行清洁处理，但这些产品大多对环境和操作人员有毒害。因此，寻找一种可持续的、环保的抗菌替代方案，成为了保护石材遗产的关键。
来自西班牙巴伦西亚理工大学（Universitat Politècnica de València）和意大利威尼斯卡福斯卡里大学（Venice Ca’ Foscari University）的研究人员，针对这一难题展开了深入研究。他们致力于探索将 MCM-41 介孔二氧化硅与植物提取物相结合，作为一种新型的保护材料，用于防止石材表面的微生物生长。该研究成果发表在《Applied Microbiology and Biotechnology》杂志上，为石材遗产保护领域带来了新的曙光。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过特定的合成方法制备出 MCM-41 介孔二氧化硅，该方法以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源，十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板，在碱性条件下反应并经过一系列后续处理得到。接着，采用初湿浸渍（IWI）法将植物提取物（柠檬烯提取物、牛至精油和百里香精油）浸渍到 MCM-41 介孔二氧化硅中。为确定实验用微生物，研究人员对西班牙巴伦西亚的真实石材文物进行微生物采样，通过非侵入性方法获取样本，经培养、分离和分子鉴定，最终选定曲霉菌（Aspergillus tubingensis）和青霉菌（Penicillium chrysogenum）作为模型微生物。之后，运用 poisoned - food 技术测定最小抑菌浓度（MIC），并进行蒸发测试评估提取物挥发性。最后，将浸渍后的粒子制成涂层涂覆在大理石模型上，观察其抗菌效果。
下面来看具体的研究结果：
- 微生物采样与鉴定：研究人员从西班牙巴伦西亚理工大学雕塑博物馆的大理石雕像上采集样本，经过一系列处理和分析，确定了两种主要的真菌 —— 曲霉菌（Aspergillus tubingensis CECT 21302）和青霉菌（Penicillium chrysogenum CECT 21303），这两种真菌是石材表面生物降解中常见的菌种12。
- 最小抑菌浓度（MIC）的测定：运用 poisoned - food 技术，分别对游离的植物提取物和封装在 MCM-41 介孔二氧化硅中的植物提取物进行测试。结果显示，游离牛至精油（OEO）的 MIC 为 0.1%，封装后降为 0.05%；游离百里香精油（TEO）对曲霉菌的 MIC 为 1%，对青霉菌为 0.5%，封装后均为 0.5%；柠檬烯提取物无论是游离还是封装状态，都难以确定 MIC。综合来看，牛至精油封装在 MCM-41 介孔二氧化硅中表现最佳34。
- 蒸发测试：研究发现，柠檬烯提取物和百里香精油的蒸发速度较快，而牛至精油相对较慢。将牛至精油封装在 MCM-41 介孔二氧化硅后，其蒸发率显著降低，表明 MCM-41 介孔二氧化硅能有效延长精油的蒸发时间56。
- 大理石模型的微生物测试：在未涂层的大理石模型上，两种真菌生长旺盛。而涂有含不同浓度牛至精油的 MCM-41 介孔二氧化硅涂层（COT-01 和 COT-1）的模型表现出不同的抗菌效果。COT-01 涂层抗菌效果有限，COT-1 涂层则能更有效地抑制真菌生长，限制微生物在大理石表面的扩散78。
研究结论和讨论部分指出，将植物提取物封装在 MCM-41 介孔二氧化硅中，能有效降低 MIC，提高抗菌活性，减缓蒸发速度，延长抗菌作用时间。牛至精油在这一体系中表现最为突出，其封装在 MCM-41 介孔二氧化硅后，在抗菌活性和蒸发率降低方面都展现出良好的性能。不同浓度涂层的实验表明，较高浓度的浸渍 MCM-41（如 COT-1）能更好地抑制真菌生长，这凸显了均匀分散和足够浓度的重要性。
这项研究的意义重大，它为石材遗产保护提供了一种可持续且有效的解决方案，有望替代传统的抗菌处理方法。尽管该技术在其他领域（如制药）已被广泛研究，但在文化遗产保护领域的应用仍处于初期阶段。此研究成果为后续进一步优化涂层配方、改进应用技术，以及在更真实环境下的测试奠定了坚实基础，对推动建筑保护和修复工作具有重要的指导意义。
